3. Эффект блокирования радиоприемного устройства. Основные параметры, характеристики и методы их измерения

Эффект блокирования имеет место в радиоприемных устройствах, когда наряду с полезным сигналом на входе РПУ присутствует мощная помеха.

Блокирование – изменение отклика на полезный радиосигнал при наличии на входе радиоприемного устройства хотя бы одной радиопомехи [2]. Более конкретно, блокирование – изменение уровня сигнала или отношения сигнал/шум на выходе РПУ при действии на его входе радиопомехи, частота которой не лежит в полосе основного (ОКП) или побочного (ПКП) каналов приема.

При блокировании РПУ помеха на выход приемника не проходит, однако на выходе изменяется отношение сигнал/шум, либо вследствие уменьшения уровня полезного сигнала, либо вследствие увеличения уровня шума, либо вследствие действия обоих эффектов.

Уменьшение уровня полезного сигнала является следствием снижения коэффициента усиления тракта УВЧ при действии мощной помехи. Увеличение уровня шума обусловлено эффектом переноса шумов гетеродина в тракт промежуточной частоты приемника при блокировании помехой смесителя.

Степень воздействия помехи на полезный сигнал при блокировании РПУ и способность радиоприемного устройства сохранять свои линейные свойства в условиях, когда на его входе помимо полезного сигнала присутствует помеха, в отечественной аппаратуре характеризуются рядом параметров, к числу которых относятся: коэффициент блокирования, уровень восприимчивости к блокированию, динамический диапазон по блокированию [2].

Коэффициент блокирования РПУ – это отношение разности уровней сигнала на выходе РПУ при отсутствии и при наличии мешающего сигнала на его входе к уровню этого сигнала при отсутствии мешающего сигнала [3] k_бл = (U_выхU_{вых. бл})/ U_вых= U_вых/ U_вых, где k_бл – коэффициент блокирования; U_вых – уровень сигнала на выходе РПУ при отсутствии мешающего сигнала на его входе; U_{вых. бл}  уровень сигнала на выходе РПУ при наличии мешающего сигнала на его входе;

При уровнях полезного сигнала, близких к чувствительности приемника, допустимое значение коэффициента блокирования составляет k_бл = 0.3…0.5.

Уровень восприимчивости к блокированию – минимальный уровень радиопомехи на входе РПУ, при котором коэффициент блокирования равен заданному значению [2].

Динамический диапазон по блокированию – отношение уровня восприимчивости к блокированию к чувствительности радиоприемного устройства [2].

Уровень восприимчивости к блокированию и, соответственно, динамический диапазон по блокированию зависят от расстройки мешающего сигнала относительно частоты настройки приемника. Зависимость восприимчивости к блокированию от расстройки мешающего сигнала относительно частоты настройки РПУ представляет собой характеристику частотной избирательности приемника по блокированию (рис. 9.4), где обозначены: I – уровень восприимчивости к блокированию; f – расстройка мешающего сигнала относительно частоты настройки РПУ; B_R – полоса пропускания приемника.

Эту характеристику измеряют двухсигнальным методом. На рис. 9.5 представлена упрощенная схема измерений характеристик избирательности приемника двухсигнальным методом. Здесь: Г1, Г2 – генераторы сигналов; – сумматор; РПУ – исследуемый приемник; ИП – измерительный прибор.

При измерении частотной характеристики по блокированию один из генераторов является генератором модулированного сигнала, на частоту и вид модуляции которого настроен РПУ, а второй – генератором испытательного сигнала, играющего роль помехи. В качестве испытательного сигнала используется немодулированный тональный (синусоидальный) сигнал. Измерения выполняют при уровне полезного сигнала на входе РПУ равном чувствительности РПУ. По определению, при блокировании частота мешающего сигнала лежит вне полосы пропускания приемника, поэтому в центре характеристики, изображенной на рис. 9.4, характеристика частотной избирательности по блокированию имеет разрыв. При расстройках, лежащих за полосой пропускания приемника, уровень мешающего сигнала изменяют до тех пор, пока полезный сигнал на выходе РПУ не измениться на 20 lg (1 – k_бл) [дБ] по отношению к тому, что имел место в отсутствие помехи, где k_бл – заданный коэффициент блокирования.

Характеристика частотной избирательности по блокированию позволяет определить минимальные расстройки для заданного уровня помехи на входе РПУ, при которых блокирование не превысит заданного значения. Так, исходя из характеристики, приведенной на рис. 9.4, можно установить, что передатчик, создающий на входе РПУ помеху с уровнем I₁ [дБм], должен иметь рабочую частоту не менее, чем на f₂ выше, либо не менее, чем на f₁ ниже рабочей частоты приемника, чтобы коэффициент блокирования не превысил заданного значения. Полосу частот f_бл = |f₁| + |f₂| называют также полосой блокирования для заданного уровня мешающего сигнала на входе РПУ. Заметим, что коэффициент блокирования и полоса блокирования при фиксированном уровне мешающего сигнала зависят от уровня полезного сигнала на входе приемника. Характеристика частотной избирательности приемника по блокированию, представленная на рис. 9.4, может быть преобразована в характеристику, описывающую изменение динамического диапазона РПУ по блокированию от расстройки мешающего сигнала, если по оси ординат характеристики откладывать не уровень восприимчивости к блокированию, а отношение этого уровня к чувствительности приемника.

Эффект блокирования усилителя высокой частоты (УВЧ) РПУ связан с уменьшением коэффициента усиления УВЧ при действии на его входе достаточно мощной радиопомехи. В этом случае для характеристики блокирования РПУ используется параметр, именуемый точкой компрессии усиления 1 дБ, отнесенной к входу, при блокировании.

Точка компрессии усиления 1 дБ, отнесенная к входу, при блокировании– это уровень мощности мешающего сигнала, при котором сигнал на выходе РПУ (или коэффициент усиления тракта УВЧ) уменьшается на 1 дБ. Измерение точки компрессии усиления 1 дБ, отнесенной к входу, при блокировании может быть выполнено по схеме рис. 9.5. Уровень полезного сигнала на входе приемника выбирают таким, чтобы обеспечить на его выходе отношение сигнал/шум = 10 дБ. Мешающий сигнал – гармонический тон. Уровень помехи увеличивают до тех пор, пока уровень полезного сигнала на выходе не уменьшится на 1 дБ (рис. 9.6, где обозначены: Р_{с, вых} – мощность полезного сигнала на выходе приемника; P_{1 дБ, in, бл}  точка компрессии 1 дБ, отнесенная к входу, при блокировании; I_вх – мощность мешающего сигнала на входе приемника).

Частота мешающего сигнала выбирается за пределами полосы пропускания первого УПЧ [4]. Это связано также с тем, что нежелательный сигнал вблизи частоты настройки РПУ будет взаимодействовать с фазовым шумом гетеродина и ухудшать отношение сигнал/шум для полезного сигнала вследствие блокирования смесителя.

Используя (9.3), можно получить значение амплитуды мешающего тонального сигнала, соответствующее точке компрессии 1 дБ, отнесенной к входу, при блокировании. Пусть

u_вх(t) = U cos (t) + U_пcos (_пt), (9.13)

где U,   соответственно, амплитуда и круговая частота полезного сигнала; U_п, _п  соответственно, амплитуда и круговая частота помехи.

Подставляя в (9.3) выражение (9.13) и выполняя преобразования, аналогичные преобразованиям при выводе выражения (9.8), для составляющей частоты полезного сигнала , получим

Учитывая, что U_п >> U, это выражение можно упростить, пренебрегая вторым слагаемым

(9.14)

Таким образом, как следует из (9.14), коэффициент усиления для полезного сигнала при наличии помехи становится равным

g₂ = a₁ + a₃(9.15)

и зависит, как от значения коэффициента полинома a₃, так и от амплитуды мешающего сигнала U_п. Сравнивая коэффициенты усиления при отсутствии блокирующей помехи (9.9) и при наличии такой помехи (9.15), можно найти точку компрессии усиления 1 дБ, отнесенную к входу, при блокировании

20 lg g – 20 lg g₂ = 1.

Подставив сюда значения g и g₂ из (9.9) и (9.15) соответственно и полагая амплитуду помехи, соответствующей искомой точке компрессии, т. е. U_п = U_{1 дБ, in, бл}, найдем [5]:

. (9.16)

В том случае, когда на смеситель приемника поступает помеха значительного уровня, может иметь место блокирование смесителя, выражающееся в переносе шумов гетеродина в полосу пропускания приемника. Эффект переноса шумов гетеродина связан с фазовым шумом генератора, используемого в РПУ в качестве гетеродина, поэтому остановимся сначала на понятии фазового шума генераторов.